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在无线通信系统中，传播场和辐射场之间如何进行有效的转换一直是一个关键性问题。光学天线作为电磁波的媒介同时也是无线通信系统中的重要组成部分，它能够在亚波长范围内实现传播场能量和局域场能量有效的相互转换。壳核结构光学天线作为光学天线的一种，由于其同时包含介电和金属这两种材料，因此可以同时支持电共振和磁共振这两种模式；而且通过改变其核壳的尺寸与材料使得它支持更为复杂的电磁共振模式，从而可以使得该种天线具有定向性辐射，近场增强，增强量子源自发辐射效率等性能。因此研究壳核结构光学天线可以使其在量子光源，近场显微镜，生物传感上有很高的学术意义和实用价值。
论文工作的主要从介电-金属多层壳核结构纳米球光学天线，非对称壳核结构耦合光学天线，对称多层壳核结构耦合光学天线对光频段电磁波的近场和远场控制为主线展开了以下研究：
①设计了一种金属-介电-金属多层壳核结构的纳米球光学天线。这种天线是通过在壳核结构纳米球表面挖一种球形凹槽，并将偶极子源放入其凹槽中进行近距离激发，此种情况下该天线内部的电磁多极矩能够被有效的激发从而可以实现窄波束宽度下的定向辐射。结合Mie散射理论、多层散射理论递推算法以及数值仿真软件系统分析了天线结构参数以及偶极子源位置对其辐射特性的影响。在最优化的参数下该天线可以拥有大于13的最大方向性，小于35的波束宽度同时还可以保持60%左右的辐射效率。相对于阵列光学天线和其他单结构光学天线，该天线在拥有紧凑性和灵活性的同时还具有高方向性。
②提出了一种非对称壳核结构纳米球耦合光学天线，并系统的分析了该光学天线的辐射机理与散射特性。进一步的，通过调节耦合天线中的间隙宽度，可以使的其散射前后比值(f/b)得到极大的增强；该光学天线可以在保持最大散射强度下实现较高的散射前后比值，而且由于间隙处的非“热点”耦合模式使得天线还拥有较小的能量损耗。另外，通过对比单个壳核纳米球天线，以及全金属耦合天线，可知该非对称混合材料耦合天线中的电偶极子和磁多极矩在间隙处进行了有效的耦合作用并且获得了相对较好的散射性能。
③探讨了纳米球中的表面等离子体共振耦合作用，提出了一种对称多层结构金属-介电-金属纳米球耦合光学天线，该耦合天线利用多层壳核纳米球颗粒中双层金属壳之间形成的耦合作用以及天线中多层壳核纳米球之间的耦合作用，通过调节该光学天线的结构参数以及偶极子源的位置参数，实现了该光学天线在不同频率下的较高近电场增强，以及在偶极子源激发下该天线能在某些频率点上实现全反射性能。
论文工作的主要从介电-金属多层壳核结构纳米球光学天线，非对称壳核结构耦合光学天线，对称多层壳核结构耦合光学天线对光频段电磁波的近场和远场控制为主线展开了以下研究：
①设计了一种金属-介电-金属多层壳核结构的纳米球光学天线。这种天线是通过在壳核结构纳米球表面挖一种球形凹槽，并将偶极子源放入其凹槽中进行近距离激发，此种情况下该天线内部的电磁多极矩能够被有效的激发从而可以实现窄波束宽度下的定向辐射。结合Mie散射理论、多层散射理论递推算法以及数值仿真软件系统分析了天线结构参数以及偶极子源位置对其辐射特性的影响。在最优化的参数下该天线可以拥有大于13的最大方向性，小于35的波束宽度同时还可以保持60%左右的辐射效率。相对于阵列光学天线和其他单结构光学天线，该天线在拥有紧凑性和灵活性的同时还具有高方向性。
②提出了一种非对称壳核结构纳米球耦合光学天线，并系统的分析了该光学天线的辐射机理与散射特性。进一步的，通过调节耦合天线中的间隙宽度，可以使的其散射前后比值(f/b)得到极大的增强；该光学天线可以在保持最大散射强度下实现较高的散射前后比值，而且由于间隙处的非“热点”耦合模式使得天线还拥有较小的能量损耗。另外，通过对比单个壳核纳米球天线，以及全金属耦合天线，可知该非对称混合材料耦合天线中的电偶极子和磁多极矩在间隙处进行了有效的耦合作用并且获得了相对较好的散射性能。
③探讨了纳米球中的表面等离子体共振耦合作用，提出了一种对称多层结构金属-介电-金属纳米球耦合光学天线，该耦合天线利用多层壳核纳米球颗粒中双层金属壳之间形成的耦合作用以及天线中多层壳核纳米球之间的耦合作用，通过调节该光学天线的结构参数以及偶极子源的位置参数，实现了该光学天线在不同频率下的较高近电场增强，以及在偶极子源激发下该天线能在某些频率点上实现全反射性能。